Energy Environ. Sci.：高能量密度柔性锂离子电池
时间:2018-09-25 14:26来源:柔性电子与智能技术 作者:综合报道
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随着新型电子设备对整体柔性要求的不断增加，常规的刚性锂离子电池已经难以满足下一代便携式电子设备的设计需求，全柔性锂离子电池成为科研人员关注的重点。那么，如何提高柔性锂离子电池的能量密度和功率密度呢？解决这一难点和热点，才是真正实现柔性锂离子电池商业化应用的关键。
已经被报道的柔性锂离子电池的正负极通常是在低表面积、低容量的高质量占比柔性基底上生长活性材料（过渡金属化合物、氮化物、硫化物等）制得的，它们的质量能量密度和质量功率密度往往都很低。而使用常规轻质柔性基底（如碳纳米管、石墨烯等）进行替换的策略又会破坏电池整体的力学稳定性。所以，想要在全柔性锂离子电池领域进行突破，必由之路就是设计轻质、高性能、结构稳定的柔性正负极材料。
基于之前的工作基础，中山大学的童叶翔教授和广州大学的刘兆清研究员在具有剥离碳壳（EC）的核壳结构碳布（CC@EC）表面上水热生长NiCo2O4纳米线（NCO NWs），设计得到了具有柔性核-双壳复合结构的柔性锂离子电池负极（表示为CC@EC@NCO CDS）。
其结构表征和结构示意图如下：
图1 CC@EC（a）和CC@EC@NCO（b-k）的形貌表征
图2 柔性核-双壳复合负极结构以及锂离子和电子传输途径的示意图
性能测试表明，这种柔性核-双壳复合结构负极（CC@EC@NCO CDS）表现出远优于常规碳布基底的核壳负极（即CC@NCO）的储锂性能。
图3 两种负极的储锂性能对比
图4 DFT计算和组分分析
图5 理论计算和原位拉曼分析
使用商业化的LiNiCoMnO2（表示为CC@EC@LNCMO）和CC@EC@NCO CDS分别作为柔性锂离子电池的正负极，他们设计制备了一个39.0 cm2全柔性的锂离子电池。这种全柔性锂离子电池的最大能量密 度和功率密度能够达到314 Wh/kg和205 W/kg，且具有出色的柔性和良好的充放性能。
图6 全柔性锂离子电池CC@EC@NCO//CC@EC@LNCMO的结构示意图及性能测试结果
图7 全柔性锂离子电池CC@EC@NCO//CC@EC@LNCMO的储锂性能及潜在应用展示
(责任编辑：子蕊)
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